Físicos en los Estados Unidos, Austria y Brasil han demostrado que agitar los condensados ​​de Bose-Einstein (BEC) ultrafríos puede hacer que se dividan en segmentos uniformes o se rompan en astillas impredecibles. dependiendo de la frecuencia del temblor.

"Es notable que el mismo sistema cuántico pueda dar lugar a fenómenos tan diferentes, "dijo el físico Randy Hulet de la Universidad de Rice, coautor de un estudio sobre el trabajo publicado hoy en línea en la revista Revisión física X . El laboratorio de Hulet realizó los experimentos del estudio utilizando BEC de litio, diminutas nubes de átomos ultrafríos que marchan al unísono como si fueran una sola entidad, o onda de materia. "La relación entre estos estados puede enseñarnos mucho sobre los complejos fenómenos cuánticos de muchos cuerpos".

La investigación se llevó a cabo en colaboración con físicos de la Universidad Tecnológica de Viena (TU Wien) de Austria y la Universidad de São Paulo en São Carlos de Brasil.

Los experimentos recuerdan al descubrimiento de Michael Faraday en 1831 de que se crearon patrones de ondas en la superficie de un fluido en un cubo que se agitó verticalmente a ciertas frecuencias críticas. Los patrones, conocidas como ondas de Faraday, son similares a los modos resonantes creados en parches y placas vibratorias.

Para investigar las ondas de Faraday, el equipo confinó los BEC a una guía de ondas lineal unidimensional, resultando en un BEC en forma de cigarro. Luego, los investigadores sacudieron los BEC con un débil, campo magnético de oscilación lenta para modular la fuerza de las interacciones entre los átomos en la guía de ondas 1D. El patrón de Faraday surgió cuando la frecuencia de modulación se sintonizó cerca de una resonancia de modo colectivo.

Pero el equipo también notó algo inesperado:cuando la modulación era fuerte y la frecuencia estaba muy por debajo de una resonancia de Faraday, el BEC se rompió en "granos" de tamaño variable. Jason Nguyen, científico investigador del arroz, coautor principal del estudio, encontraron que los tamaños de grano se distribuyeron ampliamente y persistieron durante tiempos incluso más largos que el tiempo de modulación.

"La granulación suele ser un proceso aleatorio que se observa en sólidos como la rotura de vidrio, o la pulverización de una piedra en granos de diferentes tamaños, "dijo el coautor del estudio Axel Lode, quien tiene nombramientos conjuntos tanto en TU Wien como en el Wolfgang Pauli Institute de la Universidad de Viena.

Las imágenes del estado cuántico del BEC eran idénticas en cada experimento de ondas de Faraday. Pero en los experimentos de granulación, las imágenes se veían completamente diferentes cada vez, aunque los experimentos se realizaron en condiciones idénticas.

Lode dijo que la variación en los experimentos de granulación surgió de correlaciones cuánticas, relaciones complicadas entre partículas cuánticas que son difíciles de describir matemáticamente.

"Una descripción teórica de las observaciones resultó ser un desafío porque los enfoques estándar no pudieron reproducir las observaciones, particularmente la amplia distribución de tamaños de grano, "Dijo Lode. Su equipo ayudó a interpretar los resultados experimentales utilizando un método teórico sofisticado, y su implementación en software, que explica las fluctuaciones cuánticas y las correlaciones que las teorías típicas no abordan.

Hulet, Fayez Sarofim, profesor de Física y Astronomía de Rice, y miembro del Rice Center for Quantum Materials (RCQM), dijo que los resultados tienen implicaciones importantes para las investigaciones de turbulencia en fluidos cuánticos, un problema sin resolver en física.